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(一)碳化硅的合成和用途
碳化硅的合成是在一種特殊的電阻爐中進(jìn)行的,這個爐子實際上就只是一根石墨電阻發(fā)熱體,它是用石墨顆粒或碳粒堆積成柱狀而成的。這根發(fā)熱體放在中間,上述原料按硅石52%~54%,焦炭35%,木屑11%,工業(yè)鹽1.5%~4%的比例均勻混合,緊密地充填在石墨發(fā)熱體的四周。當(dāng)通電加熱后,混合物就進(jìn)行化學(xué)反應(yīng),生成碳化硅。其反應(yīng)式為:
SiO2 3C→SiC 2CO↑
反應(yīng)的開始溫度約在1400℃,產(chǎn)物為低溫型的β-SiC,基結(jié)晶非常細(xì)小,它可以穩(wěn)定到2100℃,此后慢慢向高溫型的α-SiC轉(zhuǎn)化。α-SiC可以穩(wěn)定到2400℃而不發(fā)生顯著的分解,至2600℃以上時升華分解,揮發(fā)出硅蒸氣,殘留下石墨。所以一般選擇反應(yīng)的終溫度為1900~2200℃。反應(yīng)合成的產(chǎn)物為塊狀結(jié)晶聚合體,需粉碎成不同粒度的顆粒或粉料,同時除去其中的雜質(zhì)。
(二)制品制造工藝
單純用α-SiC制造制品,由于其硬度較大,將其磨成微米級細(xì)粉相當(dāng)困難,而且顆粒呈板狀或針狀,用它壓成的坯體,即使在加熱到它的分解溫度附近,也不會發(fā)生明顯的收縮,難以燒結(jié),制品的致密化程度低,能力也差。因此,在工業(yè)生產(chǎn)制品時,在α-SiC中加入少量的顆粒呈球形的β-SiC細(xì)粉和采用添加物的辦法來獲得致密制品。作為制品結(jié)合劑的添加物,按種類可分為氧化物、氮化物、石墨等多種,如粘土、氧化鋁、鋯英石、莫來石、石灰、玻璃、氮化硅、氧氮化硅、石墨等。成型粘結(jié)劑溶液可用羧纖維素、聚乙烯醇、木質(zhì)素、淀粉、氧化鋁溶膠、二氧化硅溶膠等其中的一種或幾種。
除了用燒結(jié)法制造碳化硅制品以外,自從發(fā)明了熱壓燒結(jié)技術(shù)以后,碳化硅制品也可以用熱壓法制造,并且可以獲得更優(yōu)良的燒結(jié)性能。熱壓工藝是把坯料的成型和燒成結(jié)合為一個過程,即坯料在高溫同時又在壓力下一次成型并燒結(jié)。這種方法在冶金工業(yè)中用于粉末冶金已有數(shù)十年的歷史,在特種耐火材料工業(yè)生產(chǎn)中已經(jīng)逐步推廣應(yīng)用。采用熱壓成型燒結(jié),可以縮短制造時間,降結(jié)溫度,改善制品的顯微結(jié)構(gòu),增加制品的致密度,提高材料的性能。選擇適當(dāng)?shù)臏囟?、壓力和坯料粒度等熱壓工藝條件,就可達(dá)到優(yōu)良的熱壓效果。熱壓工藝對難熔化合物的制造特別有用。熱壓用的模具因為既要經(jīng)受1000℃以上的高溫,并且還要在高溫下承受數(shù)kN的壓力,因此,對制造難熔化合物制品一般均用高強(qiáng)度石墨作模具。